變頻節(jié)能控制技術(shù)在煤礦通風(fēng)中的運用

變頻節(jié)能控制技術(shù)在煤礦通風(fēng)中的運用

焦家寨煤礦的通風(fēng)機每年90%時間處于穩(wěn)定工作狀態(tài)，由于其電機功率較大且工作時間較長，使得通風(fēng)機的耗電量占企業(yè)總電量的10%左右，給企業(yè)的帶來了較大金額的經(jīng)濟支出。因此，有必要開展礦用通風(fēng)機變頻節(jié)能掌握技術(shù)討論。

1礦用通風(fēng)機構(gòu)造組成

礦用通風(fēng)機依據(jù)構(gòu)造類型分為離心式和對旋式軸流通風(fēng)機，按通風(fēng)量的大小，可分為主通風(fēng)機、幫助通風(fēng)機和局部通風(fēng)機。本文將以焦家寨煤礦上的旋式軸流式主通風(fēng)機作為討論對象。旋式軸流式通風(fēng)機主要包括電動機、葉輪、機殼、整流罩、進出口消聲器、集流器、導(dǎo)流片、主軸、軸承等部件。其中，葉輪采納質(zhì)量輕、高強度耐腐蝕性的優(yōu)質(zhì)合金鋼，可通過調(diào)整葉片角度，實現(xiàn)對風(fēng)機狀況的調(diào)整；集流器采納圓錐型構(gòu)造，可勻稱氣流通過的通過速度，提高風(fēng)機的通風(fēng)效率和降低風(fēng)機噪聲；為提高風(fēng)機技術(shù)水平和企業(yè)生產(chǎn)效率，目前煤礦行業(yè)中應(yīng)用較為廣泛的是具有反轉(zhuǎn)功能的風(fēng)機，該風(fēng)機的反風(fēng)效率相對較高，可直接用于煤礦作業(yè)中，無需修建其他特地的反風(fēng)道設(shè)施。同時，通風(fēng)機設(shè)置了兩級電動機，通過第一級電動機將空氣壓縮后送入到其次級電動機，由其次級電動機推出，提高了通風(fēng)機的通風(fēng)效果和通風(fēng)安全性。

2變頻節(jié)能技術(shù)節(jié)能優(yōu)勢

2.1現(xiàn)有通風(fēng)機節(jié)能措施存在問題

目前，礦用通風(fēng)機的節(jié)能措施相對較多，主要包括轉(zhuǎn)變電機轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)變?nèi)~輪角度、轉(zhuǎn)變管網(wǎng)阻力等方法，但均存在肯定問題。針對離心式通風(fēng)機的節(jié)能，主要采納調(diào)整通風(fēng)的風(fēng)門和電機轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)對通風(fēng)量的掌握，但增加了通風(fēng)機的管網(wǎng)阻力，通風(fēng)效果較差；針對現(xiàn)有軸流風(fēng)機節(jié)能，主要采納通過調(diào)整風(fēng)機葉輪的角度來降低風(fēng)機的通風(fēng)阻力，但對電機的磨損較為嚴(yán)峻且電機電能消耗較多，易導(dǎo)致電機消失燒壞或短路等安全故障，影響井下作業(yè)安全。同時，可設(shè)置不同功率電機的方式實現(xiàn)節(jié)能，主要是在通風(fēng)機前期選用功率較小的風(fēng)機進展工作，后期依據(jù)井下的實際通風(fēng)需求，啟動較大功率的風(fēng)機進展工作，其節(jié)能效果較好，但存在監(jiān)測井下風(fēng)量的系統(tǒng)簡單、設(shè)備選購及修理本錢較高等問題。因此，結(jié)合現(xiàn)有通風(fēng)機節(jié)能措施，需探究新的節(jié)能方法，以實現(xiàn)企業(yè)節(jié)能的最大利潤化。

2.2變頻節(jié)能掌握技術(shù)節(jié)能優(yōu)勢

變頻掌握技術(shù)是提高煤礦通風(fēng)機節(jié)能效果的重要技術(shù)。其主要原理為：變頻調(diào)速裝置安裝了變頻器調(diào)速系統(tǒng)和IGBT串級調(diào)速系統(tǒng)，通過轉(zhuǎn)變風(fēng)機系統(tǒng)中的電壓大小和電壓頻率，實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的調(diào)整和掌握、降低電機能耗的目的，具有系統(tǒng)牢靠性和自動化程度高、系統(tǒng)集成度好等優(yōu)點，是將來進展的主要趨勢。通風(fēng)機在啟動過程中，可通過電機變頻進展軟啟動，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)作用和輸出電信號，帶動兩臺電機的同時運轉(zhuǎn)工作，也可實現(xiàn)對單電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、電壓等掌握；通過掌握系統(tǒng)中的電位器，實現(xiàn)對風(fēng)機中風(fēng)阻、風(fēng)壓、通風(fēng)量等參數(shù)的掌握。和傳統(tǒng)通風(fēng)機節(jié)能措施相比，變頻調(diào)速掌握技術(shù)具有更高的自動和智能化程度，調(diào)速精度更高。依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB3485-83的規(guī)定，大型電機調(diào)速裝置的功率因數(shù)需保持在0.95以上。因此，有必要加大變頻調(diào)速掌握技術(shù)在煤礦中的技術(shù)應(yīng)用和市場推廣。

3通風(fēng)機變頻節(jié)能掌握系統(tǒng)方案設(shè)計

3.1變頻節(jié)能掌握系統(tǒng)目標(biāo)設(shè)計

結(jié)合工程實際，焦家寨煤礦主通風(fēng)機需具有自動監(jiān)測風(fēng)機運行參數(shù)、通風(fēng)機系統(tǒng)故障監(jiān)測及報警、系統(tǒng)信息查詢、操作簡潔、修理性好、實現(xiàn)對系統(tǒng)平臺的自動化掌握等要求。因此，確定了變頻技能掌握系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)：對通風(fēng)機系統(tǒng)中的全壓、瓦斯?jié)舛?、通風(fēng)量等參數(shù)進展實時監(jiān)測，針對參數(shù)超出預(yù)警閥值，通過聲音、語音、文字等方式進展報警提示；針對系統(tǒng)中消失的故障問題，能實時進展監(jiān)測、推斷并發(fā)出指令，實現(xiàn)故障的有效掌握；可實現(xiàn)對通風(fēng)量與電機轉(zhuǎn)速、電壓等參數(shù)的匹配推斷，做出對系統(tǒng)最優(yōu)的變頻節(jié)能掌握；掌握系統(tǒng)中設(shè)置上機位監(jiān)控平臺，對電機運行參數(shù)、變頻裝置運行狀態(tài)進展實時監(jiān)控和治理。

3.2變頻節(jié)能掌握系統(tǒng)總體方案設(shè)計

結(jié)合工程實際需求，開展了變頻節(jié)能掌握系統(tǒng)總體方案的設(shè)計討論。該方案系主要由PLC掌握系統(tǒng)、上機位監(jiān)控系統(tǒng)、變頻驅(qū)動系統(tǒng)、信號監(jiān)測系統(tǒng)、通風(fēng)機愛護系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等系統(tǒng)組成。其主要系統(tǒng)功能包括：（1）PLC掌握系統(tǒng)是變頻節(jié)能掌握系統(tǒng)的核心部門，采納了美國羅克韋爾Logix176系列的PLC掌握，并設(shè)計了雙CPU對系統(tǒng)進展冗余設(shè)計，其主要負(fù)責(zé)對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、計算和分析，并對轉(zhuǎn)換后的信號進展輸出。（2）上機位監(jiān)控系統(tǒng)采納北京研華的510L掌握機，利用最新的Forccontrolsp6.3系統(tǒng)對系統(tǒng)的進展了組態(tài)界面設(shè)計。為提高井下作業(yè)安全，設(shè)計了主機監(jiān)控、備機監(jiān)測，備機主動向主機轉(zhuǎn)化的雙機熱備裝置。（3）變頻驅(qū)動系統(tǒng)采納了三菱牌的10KV高壓變頻器作為變頻裝置，可實現(xiàn)對系統(tǒng)自動愛護，具有掌握靈敏、節(jié)能效果顯著、操作簡潔等優(yōu)點。

3.3變頻節(jié)能掌握系統(tǒng)主要硬件設(shè)計

變頻節(jié)能掌握系統(tǒng)硬件系統(tǒng)主要包括PLC掌握柜、高壓饋電柜、變頻驅(qū)動系統(tǒng)、操作掌握臺（監(jiān)控系統(tǒng)）等組成，其主要硬件系統(tǒng)如下。（1）PLC掌握柜。PLC掌握柜主要包括1769ENBT以太網(wǎng)模塊、A3系列機架模塊、1769L35型CPU模塊、1769RM冗余模塊，其中，一臺CPU負(fù)責(zé)全部設(shè)備啟停及速度給定等掌握工作，另一臺CPU與主CPU進展通訊，當(dāng)主CPU消失故障時，幫助CPU可依據(jù)檢測信號自動切換為主CPU，保證系統(tǒng)的正常運行。（2）高壓饋電柜。高壓饋電柜主要實現(xiàn)給主通風(fēng)機中各系統(tǒng)供應(yīng)工作電源。在掌握系統(tǒng)高壓局部設(shè)計過程中，高壓主接線采納單母分段接線，通過不同電壓等級的變電器對兩回路進展輸電，以保證系統(tǒng)供電的牢靠性。

4變頻節(jié)能掌握系統(tǒng)節(jié)能效果分析

將變頻節(jié)能掌握系統(tǒng)應(yīng)用到焦家寨煤礦主通風(fēng)機上，針對通風(fēng)機電機頻率在40Hz和45Hz狀況下，對變頻節(jié)能掌握系統(tǒng)進展節(jié)能效果分析。在應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)后通風(fēng)機消耗功率計算公式如下：當(dāng)通風(fēng)機電機頻率在40Hz時，通風(fēng)機消耗功率：（1）當(dāng)通風(fēng)機電機頻率在45Hz時，通風(fēng)機消耗功率：（2）式中：Pe=600kw結(jié)合焦家寨煤礦場地的實際狀況，每年工作8000h，電費0.45元/度?？伤愠鲲L(fēng)機在40Hz和45Hz下運行過程中消耗的電量分別為256萬度電和364.5萬度電，就一年的用電費用就有115.2萬元和164萬元。通過變頻節(jié)能掌握技術(shù)，將通風(fēng)機運行頻率進展降低，從45Hz降低至40Hz，可為企業(yè)節(jié)省電費開支約48.8萬元，其節(jié)能效果明顯。變頻節(jié)能掌握技術(shù)的應(yīng)用，可有效改善了井下作業(yè)環(huán)境、降低企業(yè)了生產(chǎn)本錢、增加了企業(yè)受益，特別有必要在煤礦行業(yè)中可進展大力推廣。

5結(jié)語

針對現(xiàn)有通風(fēng)機節(jié)能措施存在問題，分析了變頻節(jié)能掌握技術(shù)的節(jié)能優(yōu)勢，以焦家寨煤礦主通風(fēng)機為討論載體，開展了通風(fēng)機變頻節(jié)能掌握系統(tǒng)的方案設(shè)計和現(xiàn)場應(yīng)用節(jié)能效果分析，討論說明：采納變頻節(jié)能掌握技術(shù)，